有機肥與化肥配施對土壤微生物及煙葉品質的影響

潘義宏,顧毓敏,夏賢仁,盧曉華,王瑞寶，劉有才，楊 森,敖金成

(1.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司,云南 昆明 650106；2.西南林業大學 化學工程學院,云南 昆明 650224；3.上海煙草集團有限責任公司，上海 200082；4.云南省煙草公司 曲靖市公司,云南 曲靖 655000)

土壤作為烤煙正常生長的基礎,其理化性質的優劣會直接或間接影響煙葉的品質[1]。適宜的土壤理化性質是生產出優質煙葉的基礎[2]。而土壤微生物是土壤的重要組成部分和最活躍的部分,在平衡作物營養供應和利用的過程中發揮著重要作用[3-4]。研究摸清植煙土壤中微生物的數量變化,能在一定程度上判斷土壤的健康狀況[5]。長期以來,化學肥料在烤煙生產中被大量施用,其在提高煙葉單產的同時使植煙土壤環境的平衡遭到嚴重破壞,最終降低了煙葉的品質,生產出的煙葉不能滿足卷煙工業企業對煙葉原料的需求,嚴重制約了煙葉的可持續發展[6]。云南宣威煙葉產區每年為國內各大卷煙工業企業提供3萬多t煙葉,為穩定主要卷煙品牌做出了突出的貢獻。通過試驗研究篩選出適合煙區烤煙生長的適宜施肥技術措施對改善宣威煙區烤煙生產技術、煙葉品質以及提高煙農收入具有重要意義。相關研究表明,一定比例的有機肥和無機肥混合施用能促進烤煙在田間的生長,并能平衡煙葉營養,改善煙葉品質[7-11]。目前未見有關不同有機肥種類以及不同施用配比對烤煙品種云煙105煙葉品質、土壤綜合肥力指數以及土壤微生物數量等影響的研究報道。研究發現,含甲殼素的氨基酸有機肥和菜籽餅有機肥在種類繁多的有機肥中表現較優[12-14]。為此,筆者有針對性地選擇這兩種有機肥,以宣威煙區主栽的云煙105為研究對象,研究并篩選出適宜的有機肥種類以及最佳有機無機肥配比,以期為改善植煙土壤環境以及在煙區大面積推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年4～10月在宣威市熱水鎮開展,試驗用烤煙品種為云煙105,采用膜下小苗方式移栽,種植密度為13500株/hm2,試驗地煙葉栽培與調制按照曲靖市優質煙葉生產規范進行。移栽前供試土壤綜合肥力指數值IFI為0.49。試驗使用的兩種有機肥分別為甲殼素氨基酸有機肥(蝦肽氨基酸>5%,有機質>40%,微量元素含量>35%,甲殼素>0.5%)以及腐熟菜籽餅氨基酸有機肥(有機質>80%,總養分≥8%)；使用的無機肥為復合肥,營養配比為N∶P2O5∶K2O=14∶10∶24。

在烤煙移栽時,各處理所用的有機肥與無機肥一道穴施。供試煙株的基肥按照75.0 kg/hm2純氮施用,追肥按照15.0 kg/hm2純氮施用硝酸銨,并在追肥時按照75.0 kg/hm2的量施用硫酸鉀。各處理無機肥和有機肥的施用比例按照肥料中純氮含量計算,K2O和P2O5的含量以對照施用無機肥的量為依據,各處理不足部分分別使用普鈣和硫酸鉀進行補充,確保所有處理和對照施用肥料中的K2O、純氮和P2O5含量保持一致。

1.2 試驗設計

試驗設置1個對照和7個處理,每個處理設3次重復,田間小區隨機區組排列。試驗處理設置詳見表1。

表1 試驗處理設置

1.3 取樣與分析

于烤煙成熟采收后采集各處理土壤樣品,對長方形土塊采取“之”字形，對較為方正的地塊采用對角線或棋盤形采集耕層20 cm深的土樣,在同一小區取樣8～10個點,將土樣混勻后采用四分法保留1 kg左右用于測試。待樣品風干后,測定全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀及有機質含量,并測定pH值。隨機選取供試煙株根際(距離煙株10 cm左右)0～20 cm土層進行取樣,每個小區3次重復；土樣采集后過40目篩,用無菌塑料袋密封,在4 ℃冰箱保存。土壤細菌、真菌、放線菌的數量測定采用平板培養計數法[15]。在煙葉烘烤后,選取C3F和B2F煙葉樣品各3.0 kg用于煙葉綜合品質指標的檢測。

依據蔡憲杰等[16]的方法對煙葉外觀質量進行評分;煙葉的各物理特性指標依據YC/T 152─2001、YC/T 142─201、GB/T 12914─2008、GB/T 451.3─2002以及YC/T 31─19960等標準進行檢測;依據YC/T 162─2002、YC/T 173─2003、YC/T 159─2002、YC/T 161─2002和YC/T 160─2002等標準對煙葉的常規化學成分進行檢測,并計算氮堿比、鉀氯比和糖堿比;聘請7名煙葉評吸專家,依據YC/T 138─1998標準進行評吸,并出具評吸報告。分別于烤煙移栽后15、30、45、60 d調查各處理主要煙草病害的發生情況,調查方法參照煙草病蟲害分級及調查方法GB/T 23222─2008,并計算平均值。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 14.0統計軟件對試驗數據進行統計分析；參照文獻[17],計算出煙葉評吸質量、物理特性和外觀質量的指數和得分；參照文獻[18],計算出煙葉常規化學成分的指數和得分；按照《中國煙草種植區劃》[17]的方法計算出煙葉的綜合質量得分；參照文獻[19]的研究結果,應用主成分分析法確定各項肥力指標的權重,再利用隸屬度函數計算土壤肥力綜合指標[20-21](Integrated Fertility Index, IFI),其計算公式如下:

上式中：Wi和Ni分別為第i種肥力指標的權重和相應的隸屬度;p為指標個數。

此外，發病率的計算公式為：發病率=病株數/調查總株數×100%。

2 結果與分析

2.1 不同處理對烤煙生育期的影響

從表2可以看出,從移栽期到現蕾期,7個處理和對照烤煙的生育期一致,而從中心花開放期開始,不同處理烤煙的生育期有所差別。具體表現為:與對照相比,T3處理烤煙的生育期最短,較對照烤煙提前6 d成熟;其次是T4和T7,較對照提前5 d成熟;T6和T2分別比對照提前3 d和2 d成熟,T1和T5處理均較對照提前1 d成熟。

表2 不同試驗處理對烤煙生育期的影響

2.2 不同處理烤煙主要病害的發生情況

由表3可以看出：T2～T7處理烤煙黑脛病的發病率顯著低于CK和T1處理的(P<0.05);T2～T4和T6～T7處理烤煙根黑腐病的發病率顯著低于CK、T1和T5處理的(P<0.05);T1～T7處理烤煙根結線蟲病的發病率顯著低于對照的(P<0.05);T3和T4處理煙草花葉病(TMV)的發病率顯著低于其他處理的(P<0.05);而不同處理對烤煙氣候斑點病和赤星病的發病率無顯著影響。

表3各處理烤煙主要病害的發病率%

處理黑脛病根黑腐病根結線蟲病TMV氣候斑點病赤星病T13.41 a3.83 a1.11 b1.22 a3.81 a1.62 aT22.02 b2.72 b0.82 b1.14 a3.52 a1.33 aT31.73 b2.17 b0.45 b0.51 b3.64 a1.11 aT41.84 b2.12 b0.53 b0.63 b3.42 a1.25 aT52.45 b4.21 a2.46 b1.54 a4.33 a1.74 aT62.12 b2.46 b0.84 b1.32 a3.92 a1.45 aT71.90 b2.82 b0.73 b1.43 a4.26 a1.93 aCK4.82 a5.07 a3.56 a1.48 a4.18 a1.86 a

注:表中數據為烤煙團棵期、旺長期、成熟期的平均發病率。同列不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05),否則表示差異不顯著。

2.3 不同處理植煙土壤綜合肥力評價

通過計算各處理土壤的綜合肥力IFI值(詳見表4)可知,除T5處理外,其余處理植煙土壤的綜合肥力IFI值均高于對照,表明有機無機肥混施能提高植煙土壤的綜合肥力。其中T3和T4處理土壤的IFI值為“較高”水平,較對照分別提高了22.6%和17.0%。而對照和其他處理的IFI值均為“中等”水平。

2.4 不同處理植煙土壤的微生物數量

圖4為各處理烤煙在現蕾期的根際土壤微生物種類和數量,從中可以看出,各處理植煙土壤的微生物數量以細菌最多,其次是真菌,放線菌數量較少。與對照相比,T3和T4處理均能顯著提高植煙土壤細菌和真菌的數量,而對放線菌的數量無顯著影響。對于各處理土壤真菌數量來說,除T1和T2處理與對照無顯著差異外,其他5個處理均顯著高于對照(P<0.05)；其中,T3、T4和T7處理的土壤真菌數量較多,以T3處理最多。對于各處理土壤的細菌數量來說,7個處理均顯著高于對照(P<0.05)；其中以T3、T5和T7處理的土壤細菌數量較多,均顯著高于其他處理的(P<0.05)。對于各處理土壤的放線菌數量來說,只有T3、T5和T7處理顯著高于對照的(P<0.05),其他處理與對照間無顯著差異。

表4 各處理植煙土壤的綜合肥力

注:土壤IFI值劃分5個等級,即:低(IFI<0.2)、較低(0.2≤IFI<0.4)、中(0.4≤IFI<0.6)、較高(0.6≤IFI<0.8)和高(IFI≥0.8)[20-21]。

2.5 烤煙不同生育期微生物變化特征分析

2.5.1 真菌數量的變化特征 對于同一處理烤煙在不同生育期的土壤真菌數量來說,從烤煙移栽前到采收后,其均呈先增加后減少的變化趨勢,且均在現蕾期達到峰值,顯著高于其他生育期的數量(P<0.05)。其中T3、T4和T7處理在現蕾期的土壤真菌數量居前3位,分別比移栽前增加了28.2倍、20.6倍和14.0倍。對于不同處理烤煙在同一生育期的土壤真菌數量來說,T3、T4、T7和T6處理在旺長期和采收后的土壤真菌數量均顯著高于同一時期其他處理和對照的(P<0.05);T1、T2和CK在現蕾期的土壤真菌數量顯著低于其他5個處理的(P<0.05),其中T3處理的土壤真菌數量最高,顯著高于其他處理和對照的(P<0.05)。總體上來看,T3、T4和T7處理的土壤真菌數量在烤煙生長的各時期均顯著高于其他處理的(P<0.05),且以T3處理的土壤真菌數量最高(圖2)。

圖中小寫字母相同表示對照和各處理間土壤微生物數量差異不顯著；小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

圖1不同處理植煙土壤的微生物數量

圖中不同大寫(或小寫)字母表示差異顯著(P<0.05)，否則表示差異不顯著；大寫字母表示在同一生長期不同處理間的真菌數量差異,小寫字母表示同一處理在不同生長期間的真菌數量差異。下圖類同。

圖2各處理烤煙在不同生育期土壤真菌數量的變化

2.5.2 細菌數量的變化特征 對于同一處理植煙土壤細菌數量在烤煙不同生長期的變化情況來說,從烤煙移栽前到采收后,土壤的細菌數量均呈先增加后減少的趨勢,數量均在現蕾期達到峰值,顯著高于其他時期的數量(P<0.05)；之后顯著減少(P<0.05)。對于不同處理烤煙在同一生長期的細菌數量變化情況來說,在旺長期各處理以及對照的土壤細菌數量間無顯著差異;現蕾期T3、T5和T7處理的土壤細菌數量顯著高于其他處理以及對照的(P<0.05);采收后的土壤細菌數量以T3、T4和T7處理顯著高于其他處理以及對照(P<0.05)(圖3)。

圖3 各處理烤煙在不同生育期土壤細菌數量的變化

2.5.3 放線菌數量的變化特征 對于同一處理植煙土壤放線菌數量在烤煙不同生長期的變化情況來說,從烤煙移栽前到采收后,土壤的放線菌數量均呈先增加后減少的趨勢,數量均在現蕾期達到峰值,且顯著高于其他生長期的數量(P<0.05)；之后顯著減少(P<0.05)。對于不同處理烤煙在同一生長期的土壤放線菌數量變化情況來說,在旺長期CK和T1處理的放線菌數量顯著低于其他6個處理的(P<0.05),該時期的土壤放線菌數量以T7處理的最高,顯著高于其他處理的(P<0.05);在現蕾期T3、T5和T7處理的土壤放線菌數量顯著高于其他處理以及對照的(P<0.05);采收后的土壤放線菌數量以T6和T7處理顯著高于其他處理以及對照的(P<0.05),以T7處理的放線菌數量最高(圖4)。

圖4 各處理烤煙在不同生育期放線菌數量的變化特征

2.6 煙葉綜合質量評價

從表5中可以看出,除T5處理的中部煙葉外,其余處理煙葉的綜合質量得分均優于對照。其中,上部煙葉以T3和T2處理的綜合質量得分較高,分別比CK提高了5.70%和4.46%;中部煙葉以T3和T1處理的綜合質量得分較高,分別比對照提高了15.71%和10.27%。

表5 各處理煙葉的綜合質量得分

3 討論與結論

相關研究表明,有機無機肥以一定比例混施,能提高土壤肥力、結構,增加土壤微生物數量,促進烤煙生長發育,改善煙葉品質[22-23]。在本研究中，兩種有機肥與化肥不同比例配施的7個處理植煙土壤的綜合肥力、微生物數量以及烤后煙葉綜合品質均比對照有不同程度的提高,與以上研究結果一致。本研究發現7個處理烤煙的全生育期比對照縮短了1～6 d,這與詹剛等[24]的研究一致。本研究不同處理均能在一定程度上降低烤煙黑脛病、根黑腐病、根結線蟲病和煙葉花葉病的發病率,這與李姣等[25]、羅世瓊等[26]的研究結果一致,可能與土壤中放線菌數量的提高有關。相關研究[27]表明,植物根際土壤微生物的數量、群落結構及其變化與植物病害發生有密切關系；尤其是土壤中的放線菌能產生抗生素,抑制有害病原微生物的生長繁殖,從而有效降低土傳病害的發病率[28-29]。在本研究中，各處理植煙土壤微生物數量呈現的規律為:細菌>真菌>放線菌,這與其他研究[30-31]的結果結果一致。與對照相比,本試驗各處理烤煙根際土壤各類微生物數量均有不同程度的增加,尤其以T3、T5、T7這3個處理的微生物數量較多；同類土壤微生物的數量在烤煙生長的不同時期均表現出先增加后降低的變化趨勢,且均在煙葉現蕾期達到峰值；T3和T7處理烤煙在各生長時期的土壤微生物數量均顯著高于其他處理和對照的(P<0.05),說明腐熟菜籽餅有機肥、甲殼素氨基酸有機肥與無機肥的施用比例均為3∶7時,對提高植煙土壤微生物數量的效果最佳。對各處理煙葉的綜合品質和土壤綜合肥力分析可知,T3處理最優,表明甲殼素氨基酸有機肥與無機肥的混合比例為3∶7時,植煙土壤的綜合肥力以及煙葉的綜合品質均能達到最佳。研究表明,甲殼素為天然氨基多糖高分子物質,能有效促進烤煙生根,并能顯著提高烤煙的品質和抗性[32]。甲殼素隨肥料進入土壤后能有效促進土壤中的有益菌(如:放線菌、乳酸菌、纖維分解菌和固氮菌等)的繁殖,改善土壤微環境,進而提高作物的產量和質量[33]。肥料中的甲殼素和枯草芽孢桿菌均還能顯著促進土壤有益微生物的繁殖,提高植物對病原菌的抗性,縮短作物的生長周期,并能明顯改善土壤的團粒結構,有效提高作物的品質[32-33]。而T7處理(氨基酸有機菜籽餅肥與無機肥的比例為3∶7)雖然能顯著提高植煙土壤微生物數量,但煙葉的綜合品質表現一般,這可能是由于過多地施用菜籽餅,會使土壤中硝化細菌數量在烤煙生長后期大量增加,從而不利于煙葉最佳品質的形成[34]。

綜上所述,甲殼素氨基酸有機肥和無機肥以3∶7比例配施能調節植煙土壤微生態環境,提高土壤的綜合肥力,顯著增加微生物數量,并提高宣威煙區云煙105煙葉的綜合品質。